תוֹכֶן
תופעות אלקטרומגנטיות נמצאות בכל מקום מהסוללה של הטלפונים הסלולריים שלך ועד לוויינים המועברים חזרה לכדור הארץ. ניתן לתאר את התנהגות החשמל באמצעות שדות אלקטרומגנטיים, אזורים סביב עצמים המפעילים כוחות חשמליים ומגנטיים, שניהם חלק מאותו כוח אלקטרומגנטי.
מכיוון שהכוח האלקטרומגנטי נמצא בכל כך הרבה יישומים בחיי היומיום, אתה יכול אפילו לבנות כוח בעזרת סוללה וחפצים אחרים כמו חוטי נחושת או מסמרים מתכתיים השוכנים סביב הבית שלך כדי להדגים בעצמך את התופעות הללו בפיזיקה.
טיפים
בניית א מחולל שדה אלקטרומגנטי (emf) דורש סליל סולנואיד של חוט נחושת (סליל או צורה ספירלית), חפץ מתכת כמו מסמר ברזל (לגנרטור ציפורניים), חוט בידוד ומקור מתח (כמו סוללה או אלקטרודות) לפליטת זרמים חשמליים.
באפשרותך להשתמש בקליפי נייר מתכתיים או במצפן כדי לראות את השפעת ה- emf. אם חפץ המתכת הוא פרומגנטי (כמו ברזל), חומר שניתן למגנט בקלות, הוא יהיה הרבה יותר יעיל.
פיזיקה של גנרטורים EMF
אלקטרומגנטיות, אחד מארבעת כוחות היסוד של הטבע, מתאר כיצד מתעורר שדה אלקטרומגנטי שנוצר מזרימת הזרם החשמלי.
כאשר זרם חשמלי זורם דרך חוט, השדה המגנטי גדל עם סלילי החוט. זה מאפשר לזרום רב יותר במרחק קטן יותר או בנתיבים קטנים יותר הקרובים למסמר המתכת. כאשר זרם זורם דרך חוט, השדה האלקטרומגנטי הוא מעגלי סביב החוט.
••• סיד חוסיין אתרכאשר זרם זורם דרך החוט, ניתן להדגים את כיוון השדה המגנטי באמצעות הכלל הימני. פירושו של כלל זה הוא שאם אתה מציב את האגודל הימני לכיוון זרם החוטים, האצבעות שלך יתכרבלו לכיוון השדה המגנטי. כללי אצבע אלה יכולים לעזור לכם לזכור את הכיוון שיש לתופעות הללו.
הכלל הימני חל גם על צורת הסולנואיד של הזרם סביב חפץ המתכת. כאשר זרם נעה בלולאות סביב החוט, הוא יוצר שדה מגנטי בציפורן המתכת או חפץ אחר. זה יוצר אלקטרומגנט שמפריע לכיוון המצפן ויכול למשוך אליו מהדקי נייר מתכתיים. סוג זה של פולט שדה אלקטרומגנטי פועל באופן שונה ממגנטים קבועים.
שלא כמו מגנטים קבועים, אלקטרומגנטים זקוקים לזרם חשמלי דרכם בכדי לוותר על שדה מגנטי לשימושים שלהם. זה מאפשר למדענים, מהנדסים ואנשי מקצוע אחרים להשתמש בהם למגוון רחב של יישומים ולשלוט עליהם בכבדות.
שדה מגנטי של גנרטורים EMF
ניתן לחשב את השדה המגנטי לזרם המושרה בצורת הסולנואיד של האלקטרומגנטית B = μ0 n l בו ב הוא השדה המגנטי בטסלס, μ0 (מבוטא "mu nailed") הוא החדירות של שטח פנוי (ערך קבוע 1.257 x 10-6), l הוא אורך חפץ מתכת מקביל לשדה ו- n הוא מספר הלולאות סביב האלקטרומגנט. באמצעות חוק אמפרס, B = μ__0 אני / ל , אתה יכול לחשב את ה- curren_t I_ (במגברים).
משוואות אלה תלויות מקרוב בגיאומטריה של הסולנואיד כאשר החוטים מתעטפים קרוב ככל האפשר סביב מסמר המתכת. קחו בחשבון כיוון הזרם הוא מול זרימת האלקטרונים. השתמש בזה כדי להבין כיצד שדה מגנטי צריך להשתנות ולראות אם מחט המצפן משתנה כפי שהיית מחשבת או קובעת באמצעות הכלל הימני.
מחוללי EMF אחרים
••• סיד חוסיין אתרשינויים בחוק אמפר תלוי בגיאומטריה של גנרטור ה- EMF. במקרה של אלקטרומגנט טורואידי בצורת סופגנייה, השדה B = μ0 n I / (2 π r) ל n מספר לולאות r רדיוס ממרכז למרכז חפצי המתכת. היקף מעגל (2 π r) במכנה משקף את האורך החדש של השדה המגנטי שלובש צורה מעגלית לאורך כל הטורואיד. הצורות של גנרטורים EMF מאפשרים למדענים ומהנדסים לרתום את כוחם.
צורות טורואידיות משמשות ברובוטריקים משתמשים בסלילים הפצועים סביבם בשכבות שונות, כך שכאשר זרם מושר דרכו, ה- emk והזרם המתקבל שהוא יוצר בתגובה מעביר כוח בין סלילים שונים. הצורה מאפשרת לו להשתמש בסלילים קצרים יותר שמפחיתים את האובדן בפני התנגדות או הפסדים כתוצאה מאופן הפיכת הזרמים. זה הופך את השנאים הטורואידיים ליעילים באופן שבו הם משתמשים באנרגיה.
שימושים אלקטרומגנטיים
אלקטרומגנטים יכולים לנוע בכמויות גדולות של יישומים, בין מכונות תעשייתיות, רכיבי מחשב, מוליכות על ומחקר מדעי עצמו. חומרים מוליכים לא משיגים כמעט שום התנגדות חשמלית בטמפרטורות נמוכות מאוד (קרוב ל -0 קלווין) שניתן להשתמש בהם בציוד מדעי ורפואי.
זה כולל הדמיית תהודה מגנטית (MRI) ומאיץ חלקיקים. סולנואידים משמשים לייצור שדות מגנטיים במכוני מטריקס, מזרקי דלק ומכונות תעשייתיות. לשנאים טורואידיים במיוחד יש שימושים בתעשייה הרפואית ליעילותם ביצירת מכשירים ביו-רפואיים.
אלקטרומגנטים משמשים גם בציוד מוזיקלי כמו רמקולים ואוזניות, שנאי חשמל המגדילים או מורידים מתח זרם לאורך קווי חשמל, חימום אינדוקציה לבישול וייצור ואפילו מפרידים מגנטיים למיון חומרים מגנטיים מגרוטאות מתכת. האינדוקציה לחימום ובישול במיוחד נשענת על האופן בו כוח אלקטרומטיבי מייצר זרם בתגובה לשינוי בשדה המגנטי.
לבסוף, רכבות מגלב משתמשות בכוח אלקטרומגנטי חזק כדי לרחף רכבת מעל מסילה ומוליכות אלקטרומגנטיות-על כדי להאיץ למהירויות גבוהות בקצבים מהירים ויעילים. מלבד השימושים הללו, תוכלו למצוא גם אלקטרומגנטים המשמשים ביישומים כמו מנועים, שנאים, אוזניות, רמקולים, מכשירי הקלטה ומאיץ חלקיקים.